【题目】某同学在体育活动中,从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到:物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关.于是设计了如图所示的实验:用大小、形状相同的
、
、
、
四个铅球,其中
、
、
三球的质量为
,
球质量为
,让
、
两球从距沙表面高
静止下落,
球从距沙表面高
静止下落,
球从距沙表面高
的光滑弯曲管道上端静止滑入,最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计).实验测得
、
两球陷入沙深度分别为
和
,
、
两球陷入沙深度为
,且
.
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(1)本实验中,铅球的重力势能大小是通过__________来反映的.
(2)比较
、
两球,发现
球陷入沙深度更大,由此可得出结论;当下落高度一定时,物体的__________越大,重力势能越大.
(3)比较
、
两球,发现
球陷入沙深度更大,由此可得出结论;当物体的质量相同时,__________越高,物体的重力势能越大.
(4)比较
、
两球,发现两球运动的路径不同,但陷入沙深度相同,由此可得出结论:物体的重力势能与物体运动的路径__________(选填:“有关”或“无关”).
(5)小球在下落过程陷入沙面前,将重力势能转化为__________能,小球陷入沙中到静止的过程中,又将__________能转化为__________能.
【答案】 球陷入沙坑的深度 质量 高度 无关 动 机械 内
【解析】(1)铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映.
(2)比较A、B两球,下落高度和运动路径相同,B球质量大于A球质量,发现B球陷入沙深度更大,由此可得出结论:当下落高度一定时,物体的质量越大,重力势能越大.
(3)比较A、C两球,两球质量和运动路径相同,C下落的高度大于A下落的高度,由图发现C球陷入沙深度更大,由此可得出结论:当物体的质量相同时,高度越高,物体的重力势能越大.
(4)比较C、D两球,两球的质量相同,下落高度也相同,两球的运动路径不同,但陷入沙深度相同,由此可得出结论:物体的重力势能与物体运动的路径无关.
(5)球在下落过程中,高度减小,速度增大,所以将重力势能转化为动能;当球陷入沙中,与沙子发生摩擦后最终静止,将机械能转化为内能.